水泵振動噪聲治理及其原因分析
如果一臺水泵產生不正常的振動,這種振動將直接影響水泵的安全運行,振動嚴重時會使某些部件變形,甚至有斷裂的危險。同時由于振動,水泵旋轉部件的螺栓會逐漸松動,有時會甩出來打傷崗位人員。水泵振動還會產生噪聲,嚴重時吵得崗位人員心情煩噪、疲勞、反應遲鈍,容易發生事故。長期在這種環境中工作,還會造成崗位人員聽力下降,影響健康。另外,由于水泵振動,還會使水泵效率降低、揚程和流量下降。隨著水泵向大型化、高速化的方向發展,其零件剛度相對降低,因而水泵的振動問題日益突出。
1 水泵振動的原因
引起水泵振動的原因很多,也很復雜,大致可分為三種情況:
1.1 機械原因引起的振動
1.1.1 水泵葉輪或電動機轉子質量分布不均
水泵葉輪或電動機轉子質量分布不均,葉輪葉片的厚薄不勻,或者葉輪前后板有局部地方厚薄不一致,這種葉輪旋轉起來就會對整個泵體產生周期性激振力,使泵體產生強迫振動。此外,這種葉輪旋轉起來會前后晃動,使水泵軸承受到側向力,加速了軸承的磨損。
1.1.2 水泵軸與電機軸不在一條直線上
如果水泵軸與電機軸不同心,接合面不平行度達不到要求(機械加工精度差或安裝不合要求),就會使聯軸器間隙隨軸旋轉而忽大忽小,因而發生和質量不平衡一樣的周期性強迫振動,其頻率和轉速成倍數關系,振幅隨泵軸與電動機偏心距大小而定。
1.1.3 聯軸器螺栓間距不良
聯軸器螺栓間距精度誤差造成只有一部分螺栓傳遞扭矩,這部分螺栓受力大,因而產生不平衡的力作用在軸上,與上述兩種情況一樣產生周期性強迫振動,其頻率與轉速成倍數關系。若法蘭形聯軸器橡皮圈配合不均勻,也會產生性質完全相同的振動。
1.1.4 軸的臨界轉速
當泵軸轉速逐漸增加并接近泵轉子的固有振動頻率時,泵就會猛烈地振動起來,轉速高于或低于這一轉速時,泵就能平穩地工作,通常把泵發生共振時的轉速,稱為臨界轉速nc。泵的臨界轉速有好幾個,這些轉速由低到高分為******臨界轉速nc1、第二臨界轉速nc2等等。泵的工作轉速不能與臨界轉速相重合、相接近或成倍數,否則將發生共振而使泵遭到破壞。泵的工作轉速低于******臨界轉速的軸為剛性軸,高于******臨界轉速的軸為柔性軸。過去許多泵采用剛性軸,現在隨著泵的尺寸的增加或采用多級泵,泵的工作轉速經常高于******臨界轉速nc1,一般柔性軸工作轉速必須滿足1.3nc1<N<0.7NC2的關系。< p>
1.1.5 由摩擦引起的振動
由于某種原因泵軸彎曲時,轉動部分與襯套或軸瓦接觸,接觸點的摩擦力對軸有阻礙作用,作用方向與軸旋轉方向相反,有時使軸偏轉而產生振動。
1.1.6 水泵基礎松動或地腳螺栓松動
如果水泵基礎混凝土底座打得不夠結實,水泵或電動機地腳螺栓安裝不牢固,則當水泵的固有頻率與某些不平衡力或電磁力等激振力頻率相重合時,就有 可能產生共振。
1.2 水力原因引起的振動
1.2.1 脈動壓力引起的振動
在水泵葉輪進、出口邊壁上裝上壓力傳感器,見圖1所示,可以測量出在水流中存在著脈動壓力,見圖2。在額定電流時,脈動壓力較小,偏離額定電流時,脈動壓力加大。尤其在水泵小流量時,脈動壓力振幅特別大,大約占當時水泵揚程的30%左右。
靠近葉輪部分或在葉輪進、出口邊壁上的脈動壓力就象許多小鐵錘以一定的頻率敲打水泵,一旦脈動壓力頻率與水泵裝置的某些部件(包括進、出水管)的固有頻率相接近或重合時,就會引起共振。
1.2.2 漩渦及脫流引起的振動
當水泵在偏離******頻率區運行時,水流繞流葉片,在葉片的正面和背面產生漩渦和脫流,使水泵產生振動。
1.2.3 汽蝕引起振動
當水泵安裝高程過高,水在葉輪進口部分的低壓區發生汽化形成氣泡,進入葉輪高壓區后,氣泡突然破滅,形成很大的沖擊力,引起水泵振動,同時發出噪聲。
1.2.4 喘振現象引起振動
當揚程曲線有駝峰,水泵在小流量區運行,同時在排出管路中有水槽或在有空氣積存處的后面(下游側)時,就有發生喘振的危險。一般來講,高壓泵尤其是鍋爐給水泵,由于抽送熱水,管路系統中容易形成氣體,因而容易發生喘振。喘振頻率較低,若此頻率與輸水管路固有頻率重合,則將引起管路的共振。
1.2.5 吸水池的渦流引起振動
泵的進水管垂直地淹沒在吸水池內,由于水面以下部分的流動,在吸水池內出現漩渦,這種漩渦稱為卡門渦,卡門渦的振動頻率為:
f=Kv/D。
式中:K--系數,對于圓管K=0.202;
v--流速,m/s;
D--淹沒于水下的管徑,m。
1.2.6 水流撞擊隔舌或導葉前緣引起振動
當葉輪出口距離泵蝸殼隔舌或導葉前緣太近時,每當葉輪葉片通過蝸殼隔舌部分或者導葉前緣附近時,就會產生壓力脈動,因而引起振動,同時發出噪聲,其振動的頻率為葉輪葉片數乘以轉速或其倍數。
1.3 電磁力引起的振動
1.3.1 磁場不平衡引起振動
在水泵運行中,當電動機突然一相不平衡時,定子受到變化的電磁力的作用而振動。此時電動機還會繼續轉動,其它兩相電流增大,電動機發出嗡嗡聲,其振動頻率為轉速乘以極數,如果這種振動與定子機架固有頻率相同,則會產生強烈的振動。另外由于電源電壓不穩,轉子在定子內偏心和氣隙不均勻時都會發生由于磁場不平衡而引起的振動。
1.3.2 鼠籠式電動機轉子籠條斷裂引起振動
在鼠籠式電動機轉子的籠條或端環斷裂時,如果斷裂的條數超過整個條數的1/7,電動機會發出嗡嗡聲,機身會劇烈振動。此時若加上負荷,電動機轉速會降低,轉子發熱,斷裂處可能產生火花,電動機已不能安全運行,甚至會突然停下來。
1.3.3 電動機鐵芯硅鋼片過松而引起振動
電動機鐵芯硅鋼片疊合過松會引起電動機振動,同時產生噪聲。
2 預防水泵振動的措施
要防止水泵振動,應從機械、水力及電氣三方面入手。
2.1 機械方面
(1)應認真地檢查水泵與電動機制造的質量。水泵葉輪及電動機轉子都要作靜平衡試驗,其靜平衡度應在允許偏差內。水泵葉輪的靜平衡允許偏差值近似地為葉輪外徑乘以0.025g/mm,如果葉輪直徑為200mm,允許偏差值為5g左右。
(2)水泵和電動機的軸承質量要好,不能有磨損,同時要有良好的潤滑,并保證安裝質量。
(3)泵軸和電動機要保證同心。聯軸器間的間隙值可隨使用的聯軸器的尺寸和型式而變化,但此間隙必須均勻,可允許電動機軸能自由地在軸承間隙的極限范圍內作軸向移動。
(4)要保證水泵軸和電動機軸的平直及制造質量。
(5)水泵安裝時,應將水泵的基礎混凝土打好,并固定牢固地腳螺栓。
2.2 水力方面
(1)根據泵站所需要的流量及揚程選用水泵,使水泵經常在額定工況下運行,盡量使泵不在遠離設計點的工況下運行,特別是不在小流量區內工作。
(2)要仔細地設計和制造水泵葉輪,使葉輪內盡量少發生汽蝕和脫流。
(3)要將水泵的安裝高程適當放低一些,這樣有利于避免汽蝕和發生振動。
(4)水泵葉輪出口與蝸殼隔舌或導葉前緣距離不能太近,當然距離也不能太大。試驗表明,隔舌進口邊緣距葉輪中心的距離與葉輪外圓半徑之比約在1.1左右時脈動壓力***小。有時為了減小這個地方的脈動壓力,把葉輪葉片出口邊作成傾斜的,使從葉輪流出來的水流在到達隔舌之前有更大的緩沖空間,一般把葉片出口邊緣傾角做成20o左右。
(5)吸水管路直徑應比泵入口直徑大一個尺寸等級,這樣使得水流在泵入口處有一定的收縮,使流速分布比較均勻,同時還應當在泵入口前有一段直管,直管長度不小于管路直徑的10倍。
(6)應保證在吸水管或壓水管中沒有空氣積存處。吸水管的任何部分都不能高過水泵的進口,吸水管的橫管應該水平或稍向吸水池側傾斜。
(7)雙吸離心泵葉輪葉片應交錯布置,雙吸離心泵葉輪葉片布置見圖3。試驗表明,這樣可以減小葉輪出口的脈動壓力。
圖3 雙吸離心泵葉輪葉片交錯布置
2.3 電氣方面
(1)從使用條件出發,合理地選用電動機的功率、轉速和型式。使電動機能安全、可靠、經濟地運行。
(2)要保證電動機制造及安裝質量。
(3)在電動機運轉中,要注意監視電動機的溫升以及電流和電壓的變化,注意電動機的音響、氣味及振動情況,還應注意電動機軸承工作情況及潤滑情況等。
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